運用MRI探究腰椎多裂肌與關節突關節退行性變的關系

唐彬彬 黃胱曦 陳銳鴻 陳文治

1廣州中醫藥大學附屬第二臨床醫學院（廣州 510410）；2廣東省中醫院芳村骨科（廣州 510120）

腰椎退行性變伴隨著老齡化程度的發展在臨床上越來越為多見，對于腰椎退行性疾病的研究不僅僅著眼于椎間盤的退變，關節突關節骨性關節炎（facet joint osteoarthritis，FJOA）以及椎旁肌肉的組織形態學改變也應得到重視。骨傷科講究“筋骨并重”，目前，在腰椎退行性疾病中，仍較為缺乏關于FJOA與椎旁肌肉改變相關性的研究。本研究通過采用腰椎磁共振影像學技術（magnetic resonance image，MRI）來評定L4～5和 L5～ S1兩個節段的FJOA等級，測量毗鄰雙側多裂肌橫截面積及脂肪浸潤程度［肌肉脂肪比例（fat infiltration，FI%）］，探討FJOA的嚴重程度與多裂肌橫截面積和FI%的關系。

1 對象與方法

1.1 研究對象 在我院醫學影像系統（華海醫生工作站）中獲取2015年9月1日至2016年9月1日55～70歲進行腰椎MRI檢查的腰腿痛患者共165例。均采用磁共振機型：MAGNETOM Avanto，序列：A Time system 1.5T，平行于該節段椎間隙進行掃描，層厚為：3 mm。選取能清晰呈現L4～5及L5～S1關節突關節形態的掃描層面，獲取該層面的左右關節突關節炎等級及其毗鄰的多裂肌相關參數進行研究。病例納入標準：影像學提示腰椎退行性改變。排除標準：腰椎骨折（0例）、腰椎壓縮性骨折（5例）、腰椎滑脫（8例）、腰椎結核或腫瘤（0例）、腰椎側彎（3例）、已行腰椎內固定術（12例）、MRI圖像不清無法辨認多裂肌范圍（13例）。最終納入病例124例，男42例，女82例，平均61.5歲，獲得L4～5、L5～ S1節段雙側關節突關節及多裂肌橫截面共248份影像學圖像。

1.2 觀察指標 （1）L4和L5兩側FJOA分級。在MRI橫斷面成像上，按 WEISHAUPT 等［1］提出的FJOA四等級劃分標準評定。0級：正常；1級：輕度［關節間隙狹窄（＜2 mm）和（或）有微小骨贅］；2級：中度［骨贅形成和（或）關節突肥大和（或）有輕度關節軟骨下侵蝕］；3級：重度［嚴重骨贅形成和（或）嚴重關節肥大和（或）嚴重關節破壞/軟骨下囊腫］。由于FJOA 0級組例數偏少，且代表正常的關節突關節，故將其分為3組，FJOA 0～1級（L4～5左側：44例，右側37例；L5～ S1左側：39例，右側49例）、FJOA 2級（L4～5左側：52例，右側49例；L5～ S1左側：61例，右側48例）、FJOA 3級（L4～5左側：28例，右側38例；L5～ S1左側：24例，右側27例）。（2）多裂肌相關參數。用Image J軟件測量出腰椎兩側多裂肌的總橫截面積（total cross?sectional area，TCSA），脂肪浸潤橫截面積（fat cross?sectional area，fCSA），單純肌肉橫截面積（functional cross?sectional area，FCSA）=TCSA?fCSA，FI%=fCSA/TCSA。見圖1、2。最終觀察多裂肌TCSA、FCSA、FI%與FJOA等級是否具有相關性。觀察指標的測量由兩位經驗豐富的骨科醫生在不同時間和不同地點完成。關于多裂肌面積計算的數值取兩者的平均值作為最終值；關于關節炎等級的描述，若兩者結果相同就直接記錄結果，若兩者結果不同，經討論達成一致，再記錄結果。

圖1 TCSA測量方法Fig.1 The measurement for TCSA of multifidus

圖2 多裂肌FCSA和FI%測量方法Fig.2 The measurement for FCSA and FI%of multifidus

1.3 統計學方法 采用SPSS 22.0軟件處理數據，P＜0.05為差異有統計學意義。兩個節段之間多裂肌面積及脂肪化程度的比較采用配對t檢驗分析；FJOA級別比較采用非參數kruskal?wallisH檢驗；多裂肌變化與年齡增長采用Pearson相關系數（r）分析；多裂肌變化與性別、FJOA級別采用spearman相關系數（rs）分析。不同時間點測定的多裂肌影像學參數的一致性采用組內相關系數分析評估。不同時間點評估的FJOA等級的一致性采用Kappa值分析評估。

2 結果

由兩位骨科醫生在不同時間和不同地點測量多裂肌TCSA、FCSA、FI%、FJOA的組內相關系數是 0.97、0.98、0.97、0.68～0.91，結果具有較高的一致性。在同一節段，比較左右兩側多裂肌TCSA和FCSA差異無統計學意義（P＞0.05），然而比較兩側多裂肌FI%差異具有統計學意義（P＜0.05）。結果顯示左右兩側多裂肌TCSA、FCSA、fCSA結果均呈現從L4～5到L5～S1逐漸遞增的趨勢，且差異具有統計學意義（P＜0.05）。見表1。經相關性分析發現，隨著年齡的增長，多裂肌脂肪比例逐漸增多，差異具有統計學意義（P＜0.05），且L5～S1節段（包括左側和右側）脂肪含量與年齡的相關性更大（L4～5r=0.255，L5～ S1r=0.294），而年齡與多裂肌總面積和單純肌肉面積無關（均P＞0.05）。見表2。

區分左右兩側多裂肌觀察，除了L4～5節段左側TCSA與性別無關外，其余側指標均與性別相關，提示與男性相關性更大；女性在L4～5節段多裂肌脂肪含量更多，而L5～S1節段FI%與性別無關；然而，總體上，多裂肌總面積和單純肌肉面積在男性患者中更大（均P＜0.05），FI%與性別無相關性（均P＞0.05）。見表2。

L5～S1節段左右兩側多裂肌FI%與L5～S1節段右側FJOA等級呈負相關（均P＜0.05），與左側不具有相關性。女性與L5～S1節段右側FJOA等級相關（P＜0.05），其他方面與FJOA等級均無相關性（均P＞0.05）。見表3、4。

表1 比較兩個節段單側和雙側多裂肌的TCSA、FCSA、FI%Tab.1 Comparison of the TCSA，FCSA，FI%of unilateral and bilateral multifidus muscle in two segments ±s

表1 比較兩個節段單側和雙側多裂肌的TCSA、FCSA、FI%Tab.1 Comparison of the TCSA，FCSA，FI%of unilateral and bilateral multifidus muscle in two segments ±s

注：*P＜0.05；L代表左側，R代表右側，L+R代表雙側，下表同

組別TCSA（cm2）FCSA（cm2）FI%L4～5 L R 6.877±1.609 6.901±1.468 5.490±1.520 5.393±1.423 0.202±0.107*0.220±0.108*L5～S1 L R 7.733±1.540 7.862±1.598 5.836±1.421 5.750±1.433 0.244±0.114*0.267±0.118*L+R L5～S1 L4～5 15.595±2.984*13.778±2.969*11.585±2.746*10.883±2.838*0.257±0.111*0.211±0.104*

3 討論

多裂肌位于脊柱椎旁肌的深層，起于上一節段的棘突，尾端向斜外側延伸，止于下一節段關節突的外側的副乳突，骶髂部可止于髂后上嵴。多數研究證實，多裂肌的所有肌節均由源于同一節段的背根神經的中間支支配［2］，且負責某一節段運動的多裂肌與該節段的其他結構是由同一神經支配的［3］。因此，多裂肌在單個節段運動發揮著重要的作用。鑒于此，本研究通過同一節段的多裂肌參數與FJOA等級進行比較，具有一定的科學依據。與相關研究報道［4］相同，筆者發現多裂肌TCSA、FCSA、fCSA的值在L5～ S1節段均大于L4～5節段。而且，隨著年齡的增大，多裂肌脂肪化程度也隨之增大；同時，得出多裂肌L5～S1的脂肪程度更加嚴重。由于L5～S1節段位于腰椎與骶椎的交界處，承擔著更大的重力和活動負荷，最易發生退行性改變。性別方面，研究發現多裂肌FI%與性別無關，而有報道女性的多裂肌脂肪化程度更大［5］，這可能和數據的誤差和納入的病例數不同有關。LEE等［6］發現在慢性腰痛患者中，男性表現出更小的椎旁?。ò嗔鸭。M截面積。但筆者發現總體上男性表現出更大的多裂肌橫截面積。慢性腰痛患者由于活動受限出現肌肉萎縮，但需考慮與腰痛病程有關。

表2 年齡和性別與多裂肌TCSA、FCSA、FI%之間的關系Tab.2 The relationship between age and sex and multifidus TCSA，FCSA and FI%in two segments

表3 L4～5節段左右兩側FJOA等級與多裂肌TCSA、FCSA、FI%、性別之間的關系Tab.3 The relationship between left and right FJOA grade and TCSA，FCSA，FI%of multifidus and sex in L4～5 segments

表4 L5～S1節段左右兩側FJOA等級與多裂肌TCSA、FCSA、FI%、性別之間的關系Tab.4 The relationship between left and right FJOA grade and TCSA,FCSA,FI%of multifidus and sex in L5～S1 segments

采用MRI進行小關節突關節炎癥等級的評價與采用CT評價具有高度一致性［1］。由于軟組織分析的需要，本研究采用腰椎MRI進行分析，且未說明所納入患者的癥狀情況，但根據臨床診療程序，出現腰腿痛或者合并下肢放射痛及感覺異常常規推薦進行腰椎MRI檢查。在T2加權像可以觀察到多裂肌脂肪化呈現高信號，肌肉組織呈現低信號，進而通過軟件計算脂肪浸潤比例；關節突關節炎癥級別仍需關注關節突形態改變，除局部囊性改變外都呈現低信號，我們選擇能看清關節面的層面進行分級。

目前，大量研究仍較為關注患者癥狀與多裂肌形態改變的關系［7?10］，但缺少對癥狀根本來源的思考。眾所周知，肩膝關節的退變導致關節活動量減少，附近肌群的廢用性萎縮出現肌容積減小以及肌力減弱，并伴隨疼痛。下腰痛以及腰椎活動受限與腰椎關節突關節的改變不無關系，有研究觀察到關節突關節的兩側對稱性和關節面與椎體矢狀面正中線夾角的大小與多裂肌的面積和脂肪化程度之間具有相關性［11］，但未指出多裂肌脂肪化程度是否與小關節突炎癥等級相關。KALI?CHMAN等［12］通過腰椎CT回顧性分析3 529例40～80歲的患者發現，右側L4多裂肌密度與L4～5關節突關節炎炎癥等級均有關。KALICHMAN等［5］也發現椎旁肌脂肪化程度升高與L4～5節段FJOA有關。然而，上述研究均未說明多裂肌脂肪化程度與腰椎小關節突關節炎癥等級呈線形相關。

本研究發現女性比男性L5～S1右側FJOA等級更高，關節退變更加嚴重。KO等［13］通過472例韓國籍腰痛患者發現女性在L5～S1節段更易發生FJOA，但沒有說明女性的關節突炎癥等級更高。因此，性別對于FJOA等級的關系仍有待進一步研究。相關性分析發現，這一組患者L5～S1節段多裂肌脂肪化程度與FJOA等級呈負相關，在L4～5節段則沒有統計學意義。生物力學研究提示椎間盤退變和椎間高度的塌陷極大地增加了后方關節突關節的負荷，加劇了關節突關節的退變，最終引起FJOA［14］。關節突的嚴重退變造成局部腰椎不穩，進一步增加了椎旁肌特別是多裂肌的負荷［15］。多裂肌退變產生的脂肪化改變也會導致肌肉自主收縮功能的降低［16］，肌力減退，進一步造成節段不穩定，發生FJOA。兩者存在互為因果關節。本組納入患者考慮肌肉處在代償階段，這使筆者認為肌肉的退變發生更早于關節突關節的退變。因此，建議患者更早的進行腰背肌鍛煉，提高肌肉強度，增加肌容量，預防肌肉及關節突關節退變的加重，該結論對臨床具有指導意義。

本研究的局限性在于沒有納入患者體質量、身高、腰腿痛病程、是否合并糖尿病等內科疾病等臨床信息進行綜合分析。另外，通過腰椎MRI圖像進行橫截面積和FI%進行測量仍具有誤差。由于本研究是橫斷面研究，仍需要未來的縱向隨訪研究。

參考文獻

［1］WEISHAUPT D，ZANETTI M，BOOS N，et al.MR imaging and CT in osteoarthritis of the lumbar facet joints［J］.Skeletal Radiol，1999，28（4）：215?219.

［2］CAMPBELL W W，VASCONCELOS O，LAINE F J.Focal atro?phy of the multifidus muscle in lumbosacral radiculopathy［J］.Muscle Nerve，1998，21（10）：1350?1353.

［3］ FREEMAN M D，WOODHAM M A，WOODHAM A W.The role of the lumbar multifidus in chronic low back pain：a review［J］.PM R，2010（2）：142?146.

［4］HIDES J，GILMORE C，STANTON W，et al.Multifidus size and symmetry among chronic lbp and healthy asymptomatic sub?jects［J］.Manual Therapy，2008（1）：43.

［5］KALICHMAN L，KLINDUKHOV A，LI L，et al.Indices of paraspinal muscles degeneration：reliability and association with facet joint osteoarthritis：feasibility study［J］.Clin Spine Surg，2016，29（9）：465?470.

［6］LEE H I，SONG J，SONG L H，et al.Association between cross?sectional areas of lumbar muscles on magnetic resonance imaging and chronicity of low back pain［J］.Ann Rehabil Med，2011（6）：852?859.

［7］KIM W H，LEE S H，DONG Y L.Changes in the Cross?sec?tional area of multifidus and psoas in unilateral sciatica caused by lumbar disc herniation［J］.J Korean Neurosurg Soc，2011（3）：201?204.

［8］BARKER K L，SHAMLEY D R，JACKSON D.changes in the cross?sectional area of multifidus and psoas in patients with uni?lateral back pain：the relationship to pain and disability［J］.Spine，2004（22）：515?519.

［9］TEICHTAHL A J，URQUHART D M，WANG Y，et al.Fat in?filtration of paraspinal muscles is associated with low back pain，disability，and structural abnormalities in community?based adults［J］.Spine J，2015（7）：1593?1601.

［10］ CHEN Y Y，PAO J L，LIAW C K，et al.Image changes of paraspinal muscles and clinical correlations in patients with uni?lateral lumbar spinal stenosis［J］.Eur Spine J，2014（5）：999.

［11］ XU W B，CHEN S，FAN S W，et al.Facet orientation and tro?pism：associations with asymmetric lumbar paraspinal and pso?as muscle parameters in patients with chronic low back pain［J］.J Back Musculoskelet Rehabil，2016（3）：581?586.

［12］ KALICHMAN L，HODGES P，LI L，et al.Changes in paraspi?nal muscles and their association with low back pain and spinal degeneration：CT study［J］.Eur Spine J，2010（7）：1136?1144.

［13］ KO S，VACCARO A R，LEE S，et al.The prevalence of lum?bar spine facet joint osteoarthritis and its association with low back pain in selected Korean populations［J］.Clin Orthop Surg，2014（4）：385.

［14］ KONG M H，MORISHITA Y，HE W，et al.Lumbar segmental mobility according to the grade of the disc，the facet joint，the muscle，and the ligament pathology by using kinetic magnetic resonance imaging［J］.Spine，2009（23）：2537.

［15］ MACDONALD D A，MOSELEY G L，HODGES P W.The lum?bar multifidus：does the evidence support clinical beliefs［J］.Manual Therapy，2006（4）：254?263.

［16］ WALLWORK T L，STANTON W R，FREKE M，et al.The ef?fect of chronic low back pain on size and contraction of the lum?bar multifidus muscle［J］.Manual Therapy，2009（5）：496.